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CN106103603B - 具有涂层体系的槽或者管 - Google Patents

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Abstract

一种具有内钢表面的槽或者管，该内钢表面的至少一部分包含涂层体系。该涂层体系是由外敷层和外敷层增强层形成的，该外敷层增强层介于该钢表面和外敷层之间。在使用中，该外敷层增强层增强了外敷层对于侵蚀性货物类型的耐化学性。

Description

具有涂层体系的槽或者管
本发明涉及一种槽或者管，其具有施涂到内表面的至少一部分上的涂层体系。本发明还延伸到槽或者管，其包含具有改进的耐化学性的涂层体系，特别是用于化学品储存和运输工业中。本发明进一步延伸到外敷层(overcoat)增强层用于增加外敷层的耐化学性的用途。
在化学品储存和运输工业中用于加工、储存、处置或者运输产品和化学品的容器通常会包含施用到内表面上的涂层体系。这样的容器或者加工装置可以包括管内件，陆上和海上储存槽，船运槽，饮用水槽，压载箱等。
该涂层体系经常由有机或者无机材料例如环氧基-，硅酸盐-，聚脲，聚氨酯，乙烯基酯，聚烯烃体系或者这样的技术的组合来形成。经涂覆的表面通常会由钢形成。在使用期间，该经涂覆的表面面临着长期曝露于粗制或者精制的产品和化学品(例如酸，碱，油，脂肪，溶剂(如醇，酮，醚，氢化的烃)和水)的液相或者气相。
该涂层面临着苛刻的要求来满足化学品槽涂料市场的要求。例如作业效率(更快的货物改变，更短的回收时间，早期水洗)，增加货物温度(例如用于可泵性的脂肪酸)，更高的侵蚀性污染水平(碱/酸条件等)，和货物/水冲洗次序对槽涂层性能和寿命的提出了高要求。
这个领域中目前的涂层体系会遭受许多使用中的问题和限制，例如短寿命，不一致的行为，归因于侵蚀性货物的重复循环运输的降解，窄的作业温度范围，对于仅仅窄范围的货物类型的适用性，卸货后涂层回收的长间隔和/或对于通风的严格要求。
因此本发明方面的目标是解决上述的一种或多种或者其他问题。
根据本发明的第一方面，提供的是一种具有内钢表面的槽或者管，其中该内钢表面的至少一部分包含涂层体系，该涂层体系包含外敷层和外敷层增强层，该外敷层增强层介于该钢表面和外敷层之间，和其中该外敷层增强层增强了外敷层的耐化学性。
根据本发明的另一方面，提供的是一种含有化学侵蚀性液体、固体或者半固体的槽或者管，该槽或者管具有内钢表面，其中该内钢表面的至少一部分包含涂层体系，该涂层体系包含外敷层和外敷层增强层，该外敷层增强层介于该钢表面和外敷层之间，和其中该外敷层增强层增强了外敷层对于所述液体，固体或者半固体的耐化学性。
有利地，已经令人惊讶地发现本发明提供了具有改进的性能的槽和管。特别地，本发明提供了如下方面的外敷层的改进的性能，例如改进的抗腐蚀性，附着性，抗冲击性，耐热性，抗裂性和/或耐化学性性能。
因此，根据本发明的槽或者管涂层体系和涂覆有该涂层体系的槽或者管可以表现出改进的预期寿命，坚固性(robustness)，作业效率(降低的货物之间的涂层修补(reconditioning)，降低的通风时间，使用中较少的严格限制)，对于较高货物温度的接受度，和增加的货物通用性。本发明所提供的改进的耐化学性还允许对于原材料变化更大的宽容度(tolerance)，因此允许使用更成本有效的原材料，油漆生产(原材料的配量，加工参数)，油漆施涂(混合、膜厚中的宽容度)，和固化，以及在货物/水冲洗次序期间改进耐受性，甚至在货物卸货后直接水曝露也是如此。
根据本发明的另一方面，提供的是一种槽或者管涂层体系，其用于施涂到槽或者管的内钢表面的至少一部分上，该涂层体系包含外敷层和外敷层增强层，该外敷层增强层介于该钢表面和外敷层之间，和其中该外敷层增强层增强了该外敷层的耐化学性。
根据本发明的另一方面，提供的是外敷层增强层的用途，其用于增加涂层体系，优选该涂层体系的外敷层的耐化学性，其中该涂层体系包含介于钢基材和外敷层之间的外敷层增强层。
根据本发明的另一方面，提供的是外敷层增强层的用途，其用于增加涂层体系，优选涂层体系的外敷层的对长期曝露于化学品和/或化学品重复循环的耐化学性，其中该涂层体系包含介于钢基材和外敷层之间的外敷层增强层。
根据本发明的另一方面，提供的是一种增加经外敷层(overcoated)涂覆的钢表面的耐化学性的方法，该方法包括将外敷层增强层设置(interpose)在钢表面和外敷层之间。
该外敷层增强层可以包含任何合适的材料。优选该外敷层增强层包含基于元素周期表第IIIB或者IVB族金属化合物、硅烷化合物、金属醇盐、磷酸锌或者其混合物的组合物。更优选锆或者硅烷化合物或者其混合物。
在一种实施方案中，该外敷层增强层可以包含基于第IIIB或者IVB族金属化合物，硅烷化合物或者其混合物的组合物，例如锆或者硅烷化合物。合适地，酸性金属氟络合物例如酸性第IIB或者IVB族金属氟络合物，例如酸性锆氟络合物。
适于形成外敷层增强层的市售组合物包括Zircobond 4200SM/SR(获自PPGIndustries)，和Nanomyte PT-20(获自NEI Corporation)。
该外敷层增强层可以使用任何已知的合适的施涂方法施涂到该槽或者管的钢表面。例如该外敷层增强层可以如下来施用：浸涂；喷涂(例如通过流平罩光涂层(mist coat)(其中基材完全润湿)和用通风以及升温以有助于水蒸发，从而空气干燥)；预处理的喷砂材料(例如包括用预处理溶液处理喷砂材料(blasting material)，和将该预处理层从喷砂材料转移到钢基材)。有利地，施用的预处理喷砂方法提供了改进的效率，因为喷砂(blasting)和预处理是在一个动作中进行的。其他方法包括湿浆喷砂(wet slurryblasting)(例如喷砂材料与预处理溶液的组合)；用预处理溶液喷液；海绵砂砾，(例如其中砂砾材料(grit material)涂覆有海绵状材料,该海绵状材料可以用预处理溶液润湿)，和/或软管冲洗(hosing)。
优选该外敷层增强层的厚度基本上是10nm-2μm。更优选该外敷层增强层的厚度基本上是10-300nm，仍然更优选10-100nm，最优选20-70nm。外敷层增强层的膜厚可以用XRF装置(X射线荧光光谱法)来测量。
该外敷层可以包含用于槽和管涂层体系的任何合适的材料。该外敷层可以本质上是有机或者无机的。优选该外敷层包含环氧化物，硅酸盐，聚氨酯，聚脲，乙烯基酯或者其组合。最优选，该外敷层包含环氧树脂。
合适地，该外敷层是低温施涂外敷层，例如环境温度施涂外敷层。例如，合适地，该外敷层是在低于100℃，例如低于80℃，或者者低于60℃，或者低于40℃，或者低于30℃的温度施涂的。典型地，该外敷层是在基本上环境温度，例如大约18-28℃，例如大约21-24℃施涂的。
合适地，该外敷层是低温固化的外敷层，例如环境温度固化的外敷层。例如，合适地，该外敷层是在低于100℃，例如低于80℃或者低于60℃，或者低于40℃，或者低于30℃的温度固化的。典型地，该外敷层是在基本上环境温度，例如大约18-28℃，例如大约21-24℃的温度固化的。
用于形成外敷层的合适的组合物是通常用于槽和管的有机涂料。粘合剂体系可以是(酚醛清漆)环氧/胺，聚氨酯，聚脲，乙烯基酯，聚烯烃。市售产品的例子是SigmaGuard720(一种溶剂基双酚A环氧基的胺固化的槽涂料体系)和SigmaGuard CSF 650(一种无溶剂的双酚A环氧基的胺固化的槽涂料体系)(都获自PPG Industries)。
优选该外敷层包含外敷层组合物的单涂层。任选地，该外敷层可以包含外敷层组合物的两个或更多个涂层。例如该外敷层可以包含外敷层组合物的2，3或者4个涂层。外敷层组合物的每个涂层可以是相同或者不同类型的外敷层组合物。
目前，化学品储存和运输工业中外敷层通常具有外敷层的多个涂层，通常是2或者3个涂层。但是多个外敷层涂层需要相对长的和复杂的施涂方法。有利地，本发明可以提供一种涂层体系，其包含外敷层组合物的单涂层，其具有与目前所用的多涂层外敷层体系相比相同的或者改进的性能。
该外敷层可以具有任何合适的厚度。例如外敷层的厚度可以基本上是200-550μm。优选地，干涂层厚度对于溶剂基(多涂层)体系是300μm和对于无溶剂涂料(单涂层)体系是400μm。
任选地，该外敷层可以由基本上无挥发性有机溶剂的外敷层组合物形成。
目前，化学品储存和运输工业中的涂层体系通常需要含有挥发性有机溶剂的外敷层组合物来实现所需的性能水平。有利地，本发明可以提供更环境友好的涂层体系，其包含由基本上无挥发性有机溶剂的外敷层组合物形成的外敷层(其具有相同或者改进的性能)。
该槽或者管可以是适用于化学品储存和运输工业的任何槽或者管。
该钢材料可以用于构建槽和管的任何合适类型的钢。例如该钢可以是热轧或者冷轧低碳钢。一个市售的例子是来自于Tata Steel的Ympress Laser E 250C。
该钢表面可以具有任何品质。例如该钢表面的至少一部分可以具有评级为Sa 1，Sa 2，Sa 21/2或者Sa 3的品质(根据ISO标准8501-1：2007(E))。任选地，本发明允许钢表面的品质低于工业中目前常用的。例如钢表面品质可以是Sa 21/2或者更低，例如Sa 1或者Sa2。在工业上公知的是钢材的型材(profile)是影响涂层体系性能的重要因素，并且对于耐化学性涂层来说是特别重要的。有利地，本发明提供了借助于使用较低品质钢表面而增强的外敷层性能，其达到了等于或者超过使用较高品质钢表面的目前的体系中发现的那些的水平。因此，可以降低成本和加工复杂性。
优选该钢表面在施涂涂层体系之前的表面粗糙度是20-150μm，更优选表面粗糙度是40-100μm。例如该钢表面的Rz值可以是50-65μm和峰数是50-100个/厘米，其是通过Mitutoyo表面粗糙度测试仪SJ-201P测量的。
优选该钢表面是喷砂钢、喷丸钢或者喷液钢。最优选该钢表面是喷砂钢。
该外敷层增强层介于钢表面和外敷层之间。优选该外敷层增强层的至少一部分是与外敷层基本上直接接触的。优选该外敷层增强层的至少一部分是与钢表面基本上直接接触的。在一种实施方案中，该外敷层增强层的至少一部分是与外敷层和钢表面基本上直接接触的。
短语“外敷层增强”和“增强外敷层的耐化学性”当在此使用时，应当解释为表示与当外敷层施涂到钢表面(没有外敷层增强层介于其之间)时的外敷层的耐化学性相比，介于之间的外敷层增强层改进了外敷层的耐化学性。
该外敷层增强层可以增加外敷层的对任何已知的侵蚀性化学品货物(无论液体，半固体还是固体货物)的耐化学性。特别地，该外敷层增强层可以增加外敷层对这样的货物的耐化学性，其包括下面的一种或多种：(无机)有机酸，脂肪酸，碱，溶剂，热水，和循环曝露/随后曝露于不同的化学品(包括水)。例子可以包括增加对下面的一种或多种货物的耐化学性：(软化)水，甲醇，脂肪酸(例如癸酸，棕榈脂肪酸)，氢氧化钠溶液，乙酸乙烯酯单体和甲乙酮。
根据本发明的另一方面，提供的是外敷层增强层的用途，其用于增加涂层体系，优选涂层体系的外敷层对在升高的温度和/或升高的压力长期曝露于化学品和/或化学品重复循环的耐化学性，其中该涂层体系包含介于钢基材和外敷层之间的外敷层增强涂层。
升高的温度经常用于货物的装载/卸载以改进装载/卸载的可泵性和速度。该温度范围取决于货物类型，例如以达到货物合适的粘度。本发明可以在升高的作业温度范围内增强外敷层的耐化学性。
此外，该外敷层增强层可以增强外敷层在温度循环内的耐化学性，例如从低作业温度到高作业温度的重复的温度循环。
在化学品储存和处置工业中，容器经常在货物移动、储存和加工过程中经历升高的作业温度和/或压力，和这些变量的重复循环。有利地，本发明提供了与目前已知的体系相比在经历这些条件时增强的性能。
为了更好地理解本发明，和为了显示本发明的实施方案可以如何实施，现在将以举例的方式参考下面的实验数据和附图，其中：
图1显示了两个经涂覆面板的照片，左手边的经涂覆面板包含对比涂层体系，和右手边的经涂覆面板包含根据本发明的涂层体系。
图2显示了两个经涂覆面板的照片，左手边的经涂覆面板包含对比涂层体系，和右手边的经涂覆面板包含根据本发明的涂层体系。
实施例
如下来制备、施涂和测试下面的材料和涂料组合物。
所用基材是钢面板(Laser E 250C，来自于Tata Steel)，其已经喷砂成Sa 21/2，并且粗糙度Rz＝50-65μm。
用于形成外敷层增强层的组合物是4200SM(来自于PPGIndustries)。
该外敷层增强层的施涂方法：
将该钢面板置于喷射清洁槽中，并且使用2体积％的UTEC 812在60℃喷射1分钟来碱清洁。然后使该面板进行去离子水浸没浸渍(immersion dip)，随后是去离子水浸没喷射(immersion spray)。然后将该面板立即置于含有外敷层增强组合物的喷射槽中，同时仍然是湿润的。然后将该面板在26.6℃用该外敷层增强组合物喷涂2分钟。然后使该面板进行去离子水喷洗，随后是几分钟的强制热空气干燥。
用于SigmaGuard 720(纯净(straight)的环氧/胺固化的溶剂基槽涂料体系，来自于PPG industries)外敷层的施涂方法：
使经外敷层增强层处理的面板进行在20-23℃的外敷层空气喷涂。两个125μm干膜厚度的外敷层是以2天的外涂(overcoating)间隔来施涂的。使该外敷层在20-23℃固化3周。对比例的未经处理的面板是以相同方式外涂的。
用于SigmaGuard CSF 650(纯净的环氧/胺固化的溶剂基槽涂料体系，来自于PPGIndustries)外敷层的施涂方法：
使经外敷层增强层处理的面板进行在20-23℃的外敷层空气喷涂。将底涂漆(basepaint)预热到60℃以促进喷涂。施涂了375-450μm干膜厚的一涂层(one coat)体系。使该外敷层在20-23℃固化2周。对比例的未经处理的面板是以相同方式来外涂的。
测试
将经涂覆的面板在40℃连续曝露于甲乙酮(工业级，获自Acros Organics(商品号444170050)6个月。将该面板的下部曝露于液体形式的甲乙酮，和将该面板的上部曝露于蒸气形式的甲乙酮。
结果
表1：在6个月连续耐化学性测试之后的结果
首先参见图1，显示了测试后的两个经涂覆面板。左手边的经涂覆面板(标记为528-1)包含根据对比例1的对比涂层体系，和右手边的经涂覆面板(标记为529-1)包含根据实施例1的涂层体系。该面板是根据上述测试程序来测试的。左手边的面板在2周内遭受了起泡，如曝露于液体的面板表面上的多个凸起圆顶(dome)所示。该面板还遭受了在曝露于蒸气的面板表面上的起皱(rippling)。相反，右手边的面板表面持续6个月保持完好，如该面板的平坦表面所示。
现在参见图2，显示了测试后的两个经涂覆面板。左手边的经涂覆面板(标记为530-2)包含根据对比例2的对比涂层体系，和右手边的经涂覆面板(标记为531-2)包含根据实施例2的涂层体系。该面板是根据上述测试程序来测试的。左手边的面板在2周内在面板的液体和蒸气曝露区二者中遭受了严重起泡，如横跨面板表面的多个凸起圆顶所示。相反，右手边的面板表面持续6个月保持完好，如该面板的平坦表面所示。右手边面板的小的未经涂覆区域(位于朝着面板下半部分的中心)是在测试后使用刀子用手有意除去的。
上述实验结果表明外敷层增强层与不同类型的外敷层的组合的化学品浸没测试，产生了改进的耐化学性。如表1和附图所示，本发明的实施例1和2表现出在曝露于甲乙酮时改进的耐受性。
还进一步发现本发明的涂层体系还表现出对于一系列的货物类型的改进的耐化学性。本发明的涂层体系在循环后，和在以不同的货物温度循环后，也表现出改进的性能。
注意点涉及与本申请相关的本说明书同时或之前提交的且对公众检验本说明书开放的所有论文和文件，并且所有这样的论文和文件的内容在此通过引用并入。
该说明书(包括任何所附的权利要求、摘要和附图)中所公开的所有特征，和/或因此公开的任何方法或工艺的所有步骤可以以任意组合(除了其中至少一些这样的特征和/或步骤是互相排斥的组合)合并。
除非另有明确说明，否则该说明书(包括任何所附的权利要求、摘要和附图)中所公开的每个特征可以被用于相同、等价或类似目的的备选特征替代。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅仅是上位(generic)系列的等价或类似特征的一个实例。
本发明并不受限于一种或多种前述实施方式的细节。本发明延伸至本说明书(包括任何所附的权利要求、摘要和附图)中所公开的任一新颖特征，或任何新颖特征的组合，或因此公开的任何方法或工艺的任一新颖步骤，或任何新颖步骤的组合。

Claims (12)

1.一种具有内钢表面的槽或者管，其中内表面的至少一部分包含涂层体系，该涂层体系包含：
a.外敷层，该外敷层包括环氧化物、硅酸盐、聚氨酯、聚脲和/或乙烯基酯；和
b.外敷层增强层，该外敷层增强层包含组合物，该组合物基于来自元素周期表第IIIB或者IVB族的金属化合物、硅烷化合物、金属醇盐、磷酸锌或者其混合物；
该外敷层增强层介于该钢表面和该外敷层之间，其中该外敷层增强层增强了外敷层的耐化学性。
2.一种含有液体、固体或者半固体的槽或者管，该槽或者管具有内钢表面，其中内表面的至少一部分包含涂层体系，该涂层体系包含
a.外敷层，该外敷层包括环氧化物、硅酸盐、聚氨酯、聚脲和/或乙烯基酯；和
b.外敷层增强层，该外敷层增强层包含组合物，该组合物基于来自元素周期表第IIIB或者IVB族的金属化合物、硅烷化合物、金属醇盐、磷酸锌或者其混合物；
该外敷层增强层介于该钢表面和该外敷层之间，其中该外敷层增强层增强了外敷层对液体、固体或者半固体的耐化学性。
3.根据前述任一项权利要求的槽或者管，其中该外敷层增强层的厚度是10nm-2μm。
4.根据权利要求1或2的槽或者管，其中该外敷层是由外敷层组合物的单涂层形成的。
5.根据权利要求1或2的槽或者管，其中该外敷层是由基本上没有挥发性有机溶剂的外敷层组合物形成的。
6.根据权利要求1或2的槽或者管，其中该钢表面在涂覆之前的洁净度水平是Sa3、Sa21 /2、Sa2或者Sa1。
7.一种槽或者管涂层体系，其用于施涂到槽或者管的内钢表面的至少一部分上，该涂层体系包含
a.外敷层，该外敷层包括环氧化物、硅酸盐、聚氨酯、聚脲和/或乙烯基酯，和
b.外敷层增强层，该外敷层增强层包含组合物，该组合物基于来自元素周期表第IIIB或者IVB族的金属化合物、硅烷化合物、金属醇盐、磷酸锌或者其混合物；
该外敷层增强层介于该钢表面和该外敷层之间，和其中该外敷层增强层增强了外敷层的耐化学性。
8.一种外敷层增强层的用途，其用于增加涂层体系的耐化学性，其中该涂层体系包含：
a.介于钢基材和外敷层之间的外敷层增强层，该外敷层包括环氧化物、硅酸盐、聚氨酯、聚脲和/或乙烯基酯，该外敷层增强层包含组合物，该组合物基于来自元素周期表第IIIB或者IVB族的金属化合物、硅烷化合物、金属醇盐、磷酸锌或者其混合物。
9.一种外敷层增强层的用途，其用于增加涂层体系的外敷层的耐化学性，其中该涂层体系包含：
a.介于钢基材和外敷层之间的外敷层增强层，该外敷层包括环氧化物、硅酸盐、聚氨酯、聚脲和/或乙烯基酯，该外敷层增强层包含组合物，该组合物基于来自元素周期表第IIIB或者IVB族的金属化合物、硅烷化合物、金属醇盐、磷酸锌或者其混合物。
10.一种外敷层增强层的用途，其用于增加涂层体系对长期曝露于化学品和/或化学品重复循环的耐化学性，其中该涂层体系包含介于钢基材和外敷层之间的外敷层增强层，该外敷层包括环氧化物、硅酸盐、聚氨酯、聚脲和/或乙烯基酯，该外敷层增强层包含组合物，该组合物基于来自元素周期表第IIIB或者IVB族的金属化合物、硅烷化合物、金属醇盐、磷酸锌或者其混合物。
11.一种外敷层增强层的用途，其用于增加涂层体系的外敷层对长期曝露于化学品和/或化学品重复循环的耐化学性，其中该涂层体系包含介于钢基材和外敷层之间的外敷层增强层，该外敷层包括环氧化物、硅酸盐、聚氨酯、聚脲和/或乙烯基酯，该外敷层增强层包含组合物，该组合物基于来自元素周期表第IIIB或者IVB族的金属化合物、硅烷化合物、金属醇盐、磷酸锌或者其混合物。
12.一种增加经外敷层涂覆的钢表面的耐化学性的方法，该方法包括将外敷层增强层设置在钢表面和外敷层之间，该外敷层包括环氧化物、硅酸盐、聚氨酯、聚脲和/或乙烯基酯，该外敷层增强层包含组合物，该组合物基于来自元素周期表第IIIB或者IVB族的金属化合物、硅烷化合物、金属醇盐、磷酸锌或者其混合物。
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